望遠鏡はブラックホールM87の新しい観測のために協力しました

2019年4月、科学者たちは、事象の地平線望遠鏡（EHT）を使用して、M87銀河のブラックホールの最初の画像を公開しました。しかし、この驚くべき成果は、語られるべき科学的な物語の始まりにすぎませんでした。

前日に公開された19の天文台からのデータは、このブラックホールとそれが配置されているシステムの前例のない理解を提供し、アインシュタインの一般相対性理論のテストを改善することを約束します。

「ブラックホールの最初の直接画像が革命的であることはわかっていました」と、国立天文台の羽田和弘氏は、大規模なデータセットについて説明しているAstrophysical JournalLettersに掲載された新しい研究の共著者です。

「しかし、この素晴らしい画像を最大限に活用するには、電磁スペクトル全体を観察しながら、当時のブラックホールの振る舞いについてできる限りのことを知る必要があります。」

超大質量ブラックホールの巨大な引力は、長距離にわたってほぼ光速で移動する粒子のモーションジェット（ジェット）を引き起こす可能性があります。 M87ジェットは、電波から可視光線やガンマ線まで、電磁スペクトル全体をカバーする光を生成します。この写真はブラックホールごとに異なります。このパターンを特定することで、ブラックホールの特性（回転やエネルギー放出など）についての重要な洞察が得られますが、パターンは時間とともに変化するため、困難です。

科学者たちは、地球上および宇宙で世界で最も強力な望遠鏡の多くと観測を調整し、スペクトル全体から光を収集することによって、この変動を補償してきました。 2017年のこれらの観測は、超大質量ブラックホールでこれまでに実施された最大の同時観測キャンペーンになりました。

象徴的なEHTM87画像から始めて、新しいビデオは視聴者を各望遠鏡のデータの旅に連れて行きます。各シーケンシャルフレームには、光の波長と物理的なサイズの両方のさまざまな要因に関するデータが表示されます。

シーケンスは、2019年4月のブラックホールの画像から始まります。次に、世界中の他の電波望遠鏡アレイ（SMA）からの画像を移動し、各ステップで視野内に外側に移動します。その後、ビューは、可視光、紫外線、およびX線を検出する望遠鏡に変わります（チャンドラ）。画面が分割され、空の同じ領域を同時にカバーするこれらの画像が互いにどのように比較されるかが示されます。シーケンスは、地球上のガンマ線望遠鏡（VERITAS）と宇宙のフェルミがこのブラックホールで検出しているものを示すことで終わります。

各望遠鏡は、地球から約5,500万光年離れたM87の中心にある65億個の太陽質量ブラックホールの振る舞いと影響に関するさまざまな情報を提供します。

データは、32の国または地域をカバーし、世界中の機関や政府機関から資金提供を受けている天文台を使用して、約200の機関から760人の科学者とエンジニアのチームによって収集されました。観測は2017年3月下旬から4月中旬に集中しました。

最初の結果は、超大質量ブラックホールM87の周りの物質によって生成された光の強度がこれまでに観察された中で最も低いことを示しています。これにより、ブラックホールの「影」を観測するための理想的な条件が生まれ、事象の地平線に近い領域からの光を、ブラックホールから数万光年離れた領域から分離することも可能になりました。

これらの望遠鏡からのデータと現在の（そして将来の）観測の組み合わせにより、科学者は天体物理学の最も重要で挑戦的な分野のいくつかで重要な研究を行うことができます。たとえば、科学者はこのデータを使用して、アインシュタインの一般相対性理論のテストを改善することを計画しています。

現在、ブラックホールを周回し、ジェットによって放出される材料、特に放出される光を決定する特性に関する不確実性は、これらの一般相対性理論のテストに深刻な障害をもたらします。

今日の画像に示されているようなブラックホールから発射された巨大なジェットは、最もエネルギーの高い宇宙線の発生源である可能性が高いと考えられていますが、粒子が加速している正確な場所など、詳細については多くの質問があります。

宇宙線は衝突によって光を生成するため、最高エネルギーのガンマ線はこの場所を正確に特定できます。新しい研究によると、これらのガンマ線は事象の地平線の近くでは生成されない可能性が高いことが示されています。少なくとも2017年はそうではありません。...この議論を解決するための鍵は、2018年の観測と今週収集された新しいデータとの比較です。